Quantitative characterization of high temperature oxidation using electron tomography and energy-dispersive X-ray spectroscopy.
Quantitative characterization of high temperature oxidation using electron tomography and energy-dispersive X-ray spectroscopy.
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DOI：
10.1038/s41598-018-28348-3
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发表时间：
2018-07-06
影响因子：
4.6
通讯作者：
Miao J
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Zhou J;Taylor M;Melinte GA;Shahani AJ;Dharmawardhana CC;Heinz H;Voorhees PW;Perepezko JH;Bustillo K;Ercius P;Miao J
我们利用电子断层扫描和能量色散 X 射线光谱法对高温氧化过程进行了定量表征。作为原理证明，我们以纳米级分辨率对模型系统 (Mo3Si) 的氧化层进行了 3D 成像，并具有元素特异性，并探讨了氧化动力学随氧化时间和升高温度的变化。我们的断层扫描重建提供了Mo3Si系统表面氧化层的详细3D结构信息，揭示了Mo3Si从早期到成熟阶段的氧化行为的演变。基于Mo3Si的相对氧化速率、MoO3的挥发速率和反应分子动力学模拟，我们提出了一个模型来解释Mo3Si氧化过程中多孔二氧化硅结构的形成机制。我们期望这种3D定量表征方法可以应用于其他材料系统，以探测它们在不同环境下的结构-性能关系。
We report quantitative characterization of the high temperature oxidation process by using electron tomography and energy-dispersive X-ray spectroscopy. As a proof of principle, we performed 3D imaging of the oxidation layer of a model system (Mo3Si) at nanoscale resolution with elemental specificity and probed the oxidation kinetics as a function of the oxidation time and the elevated temperature. Our tomographic reconstructions provide detailed 3D structural information of the surface oxidation layer of the Mo3Si system, revealing the evolution of oxidation behavior of Mo3Si from early stage to mature stage. Based on the relative rate of oxidation of Mo3Si, the volatilization rate of MoO3 and reactive molecular dynamics simulations, we propose a model to explain the mechanism of the formation of the porous silica structure during the oxidation process of Mo3Si. We expect that this 3D quantitative characterization method can be applied to other material systems to probe their structure-property relationships in different environments.
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